Триады Деберейнера

Хотя с 30-х годов прошлого столетия работы большинства химиков были посвящены успехам органической химии, тем не менее в области неорганической химии исследования не прекращались. К концу XVIII в. было известно 28 элементов, а к 1869 г. (к моменту создания периодической системы) — уже свыше 60 элементов и изучено громадное количество их соединений.

Однако к этому времени еще не было получено надежных доказательств реального существования элементов. Обычно пользовались определением Лавуазье и вещество считали элементом, если оно не могло быть подвергнуто дальнейшему разложению.

С современных позиций такая формулировка кажется в высшей степени неоднозначной. С одной стороны, если вещество разлагалось на несколько составных частей (элементов), то это уже считалось достаточным, чтобы доказать, что данное вещество не является элементом. С другой стороны, невозможность разложения вещества на составные части вообще нельзя считать доказательством того, что это вещество является элементом; развитие экспериментальной химии может сделать впоследствии возможным дальнейшее химическое разделение этого вещества. Точное определение понятия «элемент» впервые стало возможным только благодаря рентгеноспектральному методу исследования.

Еще сложнее было с определением атома, представления о котором были лишены конкретности. Хотя понятие «атом» в литературе уже встречалось, но споры об атомной или эквивалентной массе, называемой тогда атомным весом, сви­детельствовали о неопределенности этих понятий. Положение несколько улучшилось лишь после появления в 1860 г. работы Канниццаро.

Атомистическая гипотеза Дальтона прояснила очень немногое относительно свойств атомов, и до 1913 г. все предположения о строении атома не имели точных доказательств. Ситуация изменилась только с открытием электрона и строения атомного ядра.

Тем не менее, несмотря на недостаточность существующих представлений, еще с конца XVIII в. делались попытки обна­ружить какие-либо зависимости между элементами. Эти вопросы рассмотрены голландским ученым Иоганом Виллемом ван Спронсеном, который в 1969 г. опубликовал обширный труд, посвященный истории периодической системы элементов — «Периодическая система химических элементов — история первого столетия». Г. Кассебаум в работе о вкладе Ж. Б. Дюма и Адольфа Штрекера в создание периодической системы показал, что Д. И. Менделеев неоднократно ссылался на труды этих химиков.

В этой главе невозможно перечислить все попытки систематизации элементов и назвать имена всех ученых, которые внесли свой вклад в развитие учения о периодичности. В истории этого вопроса следует выделить три этапа: 1) накопление фактического материала (с конца XVIII в. до 60-х годов XIX в.), 2) кульминационный (1869 г.) и 3) последовавший за этим этап, в течение которого были сделаны многие открытия, подтвердившие периодическую систему и расширившие наши представления о причинах, лежащих в ее основе. Последний этап длился до тех пор, пока не было установлено, что каждый элемент характеризуется определенным зарядом ядра. Лишь после этого наступила качественно новая фаза.

Сначала ученые предполагали, что только между элементами с аналогичными свойствами существует какая-то взаимосвязь. Уже в попытке И. В. Рихтера расположить щелочные и щелочноземельные металлы в ряд по изменению их атомной массы П. Вальден увидел зарождение такой идеи. Однако Рихтер опирался лишь на понятие «эквивалентная масса». Он хотел определить количественные соотношения, в которых химические элементы могут соединяться друг с другом. Но Рихтер не знал атомных масс, которые оказались совершенно необходимыми для создания периодической системы.

Атомистическая теория Дальтона и определение атомных масс некоторых элементов привели английского врача У. Праута к возрождению аристотелевой идеи о существовании некой первичной материи. В основу этого представления, опубликованного в 1815 г., Праут положил уже установленные «атомные веса», многие из которых представляли целочисленные кратные атомной массы водорода. Водород представлялся ему первичным элементом, из которого образовались все другие элементы. Двумя годами позднее подобные же идеи выдвинул Иоганн Л. Г. Майнеке, профессор технологии из Галле. Среди открытых к тому времени элементов были известны атомные массы двадцати двух, и их можно было рассматривать как кратные атомной массы водорода. Хотя гипотеза Праута соответствовала натурфилософским идеям о единстве материи, тем не менее, Ж. Б. Дюма подверг ее тщательной экспериментальной проверке. Определение атомных масс, проведенное Дюма и особенно Берцелиусом, который достиг в этом высокой степени совершенства, опровергло гипотезу Праута.

И все-таки представление о некой внутренней взаимосвязи между элементами продолжало существовать. В 1817 г. профессор Йенского университета Иоганн Вольфганг Деберейнер предложил идею объединения элементов в группы, основываясь на их аналогии.

Деберейнер (1780-1849) был сыном придворного кучера. В 1794 г. он поступил в обучение к аптекарю, потом работал помощником аптекаря в Дилленбурге, Карлсруэ и Страсбурге. Затем Деберейнер стал владельцем фабрики по изготовлению химико-фармацевтических препаратов, но, однако, быстро разорился, и фабрика была продана. Позже на принадлежащей ему уже другой фабрике Деберейнер занимался отбеливанием тканей хлором. После того как в результате континентальной блокады предприятие в 1808 г. обанкротилось, Деберейнер получил приглашение от И. Гете занять должность профессора химии, фармации и технологии в Йенском университете. Он неоднократно встречался с Гете и обсуждал с ним различные химические проблемы. В 1823 г. Деберейнер обнаружил каталитическое влияние платиновой черни на возгорание водорода и создал на этой основе «зажигательную машину, или химическое огниво».

Деберейнера интересовала взаимосвязь между элемента­ми. Расположив элементы в ряд по атомным массам, он обнаружил, что атомная масса среднего из трех химически похожих друг на друга элементов равна примерно среднему арифметическому из суммы атомных масс двух других элементов. В соответствии с этим Деберейнер составил следующие триады элементов:

Литий  Натрий   Калий   Кальций  Стронций  Барий

7           23              39               40              88               137

Сера  Селен   Теллур         Хлор            Бром         Иод

32      79           128               35,5                80             127

В широко известном «Справочнике по неорганической химии» Леопольд Гмелин, рассмотрев гипотезу Праута и триады Деберейнера, высказал собственные соображения о расположении элементов по триадам (но они, правда, не содержали оригинальной идеи).

Другие химики тоже делали попытки осуществить классификацию элементов на различной основе. Так, в 1850 г. Макс Петтенкофер, профессор химии и гигиены из Мюнхена, расширил эти ряды, сопоставив и другие похожие друг на друга элементы, например азот, фосфор, мышьяк, сурьму. В 1851-1852 гг. Ж. Б. Дюма тоже предложил несколько групп элементов. Он особенно подчеркивал, что свойства каждого из входящих в группу элементов типичны для всей данной группы; например, свойства фтора характерны для хлора, брома и иода или свойства кислорода характерны для серы, селена и теллура.

Джон Глэдстон в 1853 г. и Джосайа П. Кук в 1854 г. также предприняли попытки систематизации элементов. Однако наиболее значительный шаг вперед смог сделать лишь Александр де Шанкуртуа в 1862 г. После выступления Канниц-царо на Международном конгрессе химиков в Карлсруэ (1860 г.) Шанкуртуа выдвинул идею спирального расположения элементов в зависимости от их атомной массы. Однако эти идеи не привлекли к себе внимания ученых.

В 1865 г. Уильям Одлинг опубликовал таблицу, в которой элементы были сгруппированы по некоторой «родственной» взаимосвязи, например азот, фосфор, мышьяк и висмут или кислород, сера, селен и теллур.

В 1863−1865 гг. аналогичные попытки были предприняты Джоном Ньюлендсом, который предложил так называемое правило октав. Ученый расположил элементы от водорода до тория в соответствии с увеличением их атомной массы и дал им номера от 1 до 56. Разделив их на восемь групп по семь элементов в каждой, Ньюлендс показал, что после каждого седьмого элемента их свойства повторяются, но в несколько измененном виде.